新一代TMCP技术研究和进展

1、 材料加工实验与测试技术 姓名：王楠 学号：1133010156 班级：材控11材料力学性能测试与评价技术摘要:本文通过对材料力学性能测试与评价技术发展的回顾，以及对其现代最新技术的介绍，详细论述和评价了材料力学性能测试与评价技术在材料学科的发展和新材料的研制过程中的作用。同时提出材料力学性能试验是获得材料性能数据唯一可靠的途径，是计算机进行材料模拟和建立大型材料数据库时最基础的工作，任何方法都不可能代替材料验。材料试验与评价技术在过去、现在，乃至在将来在材料学科中占有非常重要的地位，是材料学科中的一个重要分支。1引言现代材料科学在很大程度上依赖于对材料性能与其成分及显微组织关系的理解。因此，

2、对材料性能的各种测试技术，对材料组织从宏观到微观不同层次的表征技术构成了材料科学与工程的一个重要部分，亦是联系材料设计与制造工艺直到获得具有满意使用性能的材料之间的桥梁。从新材料的研究、开发和发展中，可以清楚的看到检测评价新技术所起到的作用。评价检测在材料研究开发中起着非常重要的作用。工程实际中研究与开发新材料的目的是为了应用，因此对材料的设计所关注的是材料的性能参数。对功能材料而言最终得到满足要求的物理参数，例如弹性、热膨胀、热容、热传导、热辐射、电阻、热电势、磁性等;而对结构材料来讲应得到较为满意的力学性能参数，如强度、硬度、延伸率、疲劳极限及特性等。因此，材料的评价与检测技术是材料科学与

3、技术学科中一个重要组成部分，它伴随着材料的发展而相应革新、不断完善，同时为新型材料和新材料的研究开发提供了科学的、可靠的保障。由于新材料的种类繁多，相应的测试和评价技术涉及面很广。材料检测评价技术从大的方面可分为:性能测定、显微组织表征和无损检测等，而每一方面又包含各种不同的测试技术和标准试验方法。在多种材料和多种性能测试中，以力学性能为代表，力学性能是结构材料研究、生产、使用的最基本参数，其研究十分活跃。本文对材料的力学性能测试技术进展做简单论述。2材料性能评价技术的作用对材料力学性能的研究起始于欧洲工业革命，两次世界大战促进了材料测试与评价技术的发展，同时也对材料的性能提出了更高的要求。例

4、如，需要重量更轻而强度又更高的材料来制造飞机、火箭及各种武器等。战后世界上的军备竞赛就一直没有停止，以后又发展到太空的竞争，航天科学技术的发展为材料性能研究开辟了更加崭新的领域，如图2所示为航天发射现场。材料科学的发展促进了对新材料的研究，进而又促进材料试验与评价技术的革新。可以说材料测试与评价技术源于材料科学的革新，反过了又促进了材料科学的进一步发展。就实际工程而言，新产品，如高温燃气轮机、热核反应发电站、轻质航天飞机、火箭、卫星、轻质地面车辆、探井钻探及高压贮罐等;新材料，如超级合金、复合材料、聚合材料、陶瓷材料薄膜材料、纳米材料等的研制，使得材料工作条件更加复杂、更加恶劣，因此对材料性能

5、提出更高的要求，如超高压、超低温、超真空、超高纯、超高速冷、超高强、超辐射、耐腐蚀等，对材料试验技术提出更高的要求，即快速省力、准确可靠、安全经济。以航空材料为例，航空材料要求较高的比强度和比刚度、较好的耐疲劳和耐腐蚀性能，以及可反复使用，并且长寿命、安全可靠。因此对航空材料性能测试研究也就复杂得多、严格得多。其中疲劳断裂是航空零部件最常见的失效形式，亦是限制飞机及其发动机寿命和可靠性的重要因素，航空零部件的破坏有90%以上是来源于疲劳，如飞机的梁、框、起落架、发动机的涡轮和叶片等均因工作中高应力和高温、复杂的环境介质、频繁的起动和停机以及零件的表面完整性和应力集中等因素而引起疲劳失效。在飞机

6、结构材料方面，正在研究材料在接近使用条件下疲劳断裂行为，包括过载效应、随机加载、多轴向加载以及温度、介质、表面状态的综合影响等。在发动机材料方面，着重研究材料的低周疲劳、热疲劳、蠕变/疲劳交互作用和腐蚀疲劳等。在试验技术方面，要采取宏观与微相结合的形式探索材料中疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂的全过程。不仅要解决工程中的疲劳失效问题，而且要做材料的定寿和零部件的延寿工作，以便在新机型设计、老机延寿与失效分析中发挥更大的作用。由此可知，材料的力学性能对工程结构至关重要。而材料测试与评价技术是材料性能得以保证的前提。因此，材料测试技术与材料的质量密切相关J。另一方面，在材料测试在计算机进行材料模拟、有限

7、元分析和建立大型材料数据库等方面都起着及其重要的作用。因此，没有材料评价技术的发展，也就没用诸多新材料的出现。材料测试技术在材料学科中，以及在国民经济中均起着相当重要的作用。3力学性能测试技术发展简介材料的力学性能是指材料在给定的一套条件下，当某以条件发生变化时材料所产生的响应。有的性能可能与几个参数关联。对材料力学性能的测定需要建立在一个广义力与广义位移的关系上，当关系为线性时，材料力学性能由线性常数来表征。在其关系偏离线性时，材料的力学性能需要由高阶的常数来表征。然而，人们对材料的力学行为的认知是一个由简单到复杂、由表面现象到微观机理、由浅入深的过程。对材料的力学行为评价技术亦是随着材料研

8、究的不断深入和其他相关技术，如微电子技术、计算机技术、控制技术的不断发展而逐渐完善的。3.1静态力学性能测试在17世纪，工程技术人员对材料的力学性能的认知仅限于其静强度的概念上，即对材料的评价指标只有一个抗拉强度参数。直到目前，研究人员和工程技术人员对材料的静态力学性能仍然非常关心，这是由于材料的静态力学性能是评价材料时最基本的参数。因此，在材料研制的初级阶段，首先应使得材料的静强度达到设计要求。就是在材料科学如此发达的今天，对新材料的静强度评价仍然是研究工作的基础工作。例如，在对超细晶粒低合金高强度钢的研究时，首先需要进行材料的静强度性能测试与评价，以便找出实现材料设计的最佳工艺2，3，。为

9、了对材料的静强度进行正确评价，需要设计并制造出其相应的材料试验装置，由荷兰物理学家PetrusvanMussehenbroek(1692一1791)发明的世界上最早的拉伸试验机，它实际上是一杆大称，其测试精度可想而知。尽管其结构简单，但在当时应该是一项伟大的发明。它的出现标志着材料评价体系的诞生，为现代材料力学性能测试与评价技术奠定了基础。液压材料试验机可以实现连续加载，并可记录载荷一位移曲线。在配置应变引伸仪的试验机上，可以测得材料的弹性模量和屈服极限。该类型的试验机的不足之处是既不能控制加载速率，也不能控制形变速率，因此实验结果的重复性没有保证。研究结果表明，对于大多数金属材料，其静态力学

10、性能随着加载速率的变化而变化。因此，研究人员在进行材料的研究和设计时需要获得材料在不同加载速率下的静态力学性能。另外，在工业生产中，工程技术人员需要及时获得准确的材料参数，来判断材料是否合格。液压试验机无论在控制方面，还是在记录方面既不能满足材料研究也不能满足工业生产检验的需要。随着国外先进的电子拉力试验机和电液伺服材料试验机的不断涌现，液压试验机自20世纪60年代在发达国家逐渐被淘汰。但由于受经费的限制，我国特别是高等院校直到20世纪末才被电子拉力试验机替代，这一切得益于“211”工程。电子技术和计算机控制技术的发展为试验机的革新提供便利条件。图7所示为国产新三思公司生产的计算机自动控制液压

11、试验机，图8所示为计算机控制的电子拉力静杏试验机。它们可以精确地控制轴向加载速率5:，而且可实现三种方式的加载控制，即载荷、形变、应变控制。整个试验过程均由计算机自动控制，实时显示试验过程，并将实验原始数据存入磁盘。试验结束后可迅速将实验结果显示出来，并打印出试验报告。为了实现静态试验的完全自动化，目前工程技术人员设计出全自动静态试验系统。k公司生产的全自动电子拉伸材料试验机。该系统配备料机械手，使得试验从试样装夹直到打印试验报告的整个过程完全自动实现，大大地提高了工作效率，加快了对产品检验的速度。该系统是至今最为先进的静态试验设备。3.2动态力学性能测试技术众所周知，绝大多数工程材料在其服役

12、中承受的是动载荷。当材料或结构受到重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限或屈服强度，甚至比材料的弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在应力或应变的反复作用下材料或结构发生性能变化的现象称之为“疲劳”6。疲劳断裂是工程结构和零件普遍而严重的断裂故障。它遍及每一个运动着的物体，甚至看上去似乎是静止的，只要它承受力或应变的反复作用，就会导致疲劳破坏。行驶在崎岖道路上的汽车;反复起飞、着路并在飞行过程中遭受阵风袭击和各种机动特技飞行时引起载荷变化的飞机;每当车辆通过时使之产生挠曲的桥梁;遭受破浪袭击的各种船舶，以及温度循环变化的核反应堆部件，都承受着各种循环载荷或变形，最终将发

13、生疲劳断裂。3.2.1应力疲劳(高周疲劳)试验技术疲劳一词来源于航海，在乘帆船作长距离旅行的年代里，人们把桅杆在帆的频繁升降中受到的应变作用叫疲劳。人们相信，关于金属疲劳的最初研究是一位叫W.A.J.Albert的德国矿业工程师在1829年前后完成的。他对铁制的矿山升降机链条进行了反复加载试验，以校验其可靠性。第一个有详细文字记载的金属疲劳研究工作是在1842年法国凡尔赛附近的铁路发生事故以后开始进行的。这次事故使40至80人丧生。1943年一位名叫w.J.M.Rankine的英国铁路工程师就对疲劳断裂的不同特征有了认识，并注意到机器零件存在应力集中的危险性。统地研究疲劳破坏的是德国工程师wo

14、hler，1847年他设计了第一台旋转弯曲疲劳试验机，引用了S一N曲线及疲劳极限概念。它的研究结果发现，由钢制的火车车轴在循环载荷的作用下，其强度大大低于他们的静强度。在他的研究工作中提出了利用应力幅一寿命(S一N)曲线了描述疲劳行为的方法，并提出了疲劳“耐久极限”的概念。疲劳耐久极限是来评价材料疲劳强度的重要参数，它是在指定循环特征下，材料或构件承受无限次循环而不发生疲劳破坏的最大应力。对于碳钢材料，在对称循环载荷下其疲劳耐久极限。一，与抗拉强度的关系如下图:由此可见，材料在对称循环载荷作用下其破坏强度不足其将强度的1/3。另一方面，材料的疲劳极限还受其他诸多因素的影响，其中平均应力的影响较

15、为明显。早在1874年，德国工程师H.Gerber就提出了平均应力影响疲劳寿命的设计准则。1899年Goodman也讨论了平均应力对疲劳寿命的影响，提出了著名的Goodman曲线。疲劳耐久极限是通过高周疲劳试验来测定的，因此对材料应力疲劳的研究自然带动了应力控制疲劳试验机的发展和不断革新。100多年来，对火车、铁道桥梁、冶金、石油、化工、航空、天等领域所用材料进行力学研究，使“高周疲劳”试验技术得到广泛的应用。旋转弯曲疲劳试验机及其工作原理。此类装置是通过控制试样端部的挠度而实现对试样工作部分的载荷(应力)控制，但是随着循环次数的增加，材料会产生截面尺寸会发生变化，因此，无法实现对载荷或应力的

16、精确控制，所控制的应力也是不稳定的。图12为电磁共振高频疲劳试验机，其加载频率范围约为50一250Hz以0。该系统结构简单，使用操作方便、效率高、耗能低配备计算机控制的系统可以实现载荷块加载试验，但不能进行随机载荷谱和谱载疲劳加载试验。3.2.2低周疲劳试验技术随着工业技术的不断革新，材料的使用逐渐向着高速、高温、高压等方向发展，材料的使用条件更加苛刻。尤其是在战时为了提高装备的性能，提高武器装备的质量，以有效地增加作战能力，在设计上由静强度设计转变为有限寿命设计。这是因为在实际工作中零部件的应力集中部位材料进入了塑性状态，材料承受着低循环高应力，其工作最大应力以超过材料的屈服应力。然而，在早

17、期由于相应的疲劳寿命评价与测试技术滞后，使得工程设计缺少必要的实验数据，结果导致工业材料的低循环疲劳破坏较为频繁。例如，第二次世界大战前后约有20架英国“惠灵顿”号重型轰炸机连续失事，1948年美国“马丁2002”运输机在正常航行中突然坠毁，1951年英国的“鸽式”飞机在澳大利亚出事，1952年美国“F一85”歼击机在空中爆炸，19531954年英国“维金”和“彗星”号喷气客机又接连发生机毁人亡的事故，1979年美国“DC-10”大型客机在芝加哥奥黑尔国际机场起飞后不久坠落。上述一系列的航空事故，经过对其失效分析发现均是由于疲劳破坏造成的。疲劳的破坏不仅威胁着航空工业，也给造船、桥梁、交通运输

18、、动力机械、化工机械、工程机械等造成威胁。现代工业中的许多关键性动力设备，如蒸汽机的涡轮转子和壳体，核压力容器，燃汽轮机的转子、叶片和涡轮盘，核燃烧元件等都严重地遭到疲劳的袭击。因此，人们对材料及其构件的疲劳行为研究得到重视。人们在研究应力疲劳的过程中，对材料的疲劳耐久极限及其破坏机理研究不断深入。经研究发现，材料的疲劳是由内部出现滑移带而形成的。滑移带在疲劳形变过程中逐渐变宽，即内部出现微观塑性形变。形变的积累导致微裂纹的形成，微裂纹的长大最终形成宏观裂纹，导致材料疲劳破坏。因此，材料和构件的塑性变形是导致材料和构件疲劳破坏的最根本的原因，且塑性形变的大小与疲劳破坏的关系非常密切。而且对于宏

19、观出现塑性变形的材料，其载荷与形变的关系不再是线性关系。首次将材料的塑性变形与其疲劳寿命建立定量关系的是Manson和Coffin在1954年提出的。尽管人们经过100多年的研究，描述疲劳的方程有几十个，但是上述公式到目前为止它仍是应用最为广泛的根据应变来描述疲劳的方程式。对于工程零部件，无论是铸造成型，还是机加工等其它工艺，可能存在退刀槽、过渡圆弧、孔等其它应力集中区。尽管在设计时构件的工作部分在材料的弹性范围内，但在应力集中处材料可能进入塑性。特别是航空零部件，为了减少构件的重量，某些零件采用有限寿命设计，及构件的形变进入塑性。对上述航空事故和其他工业零部件的疲劳失效分析研究结果也表明，零

20、部件的疲劳破坏大多是低循环疲劳失效形式，即低周疲劳破坏。材料在低循环应变疲劳状态下，其特性发生了改变圈，如图巧所示。由此可以看出，研究材料的形变，特别是塑性变形是研究材料疲劳以及对材料进行疲劳特性评价比研究材料的应力疲劳特性则更加重要，更具有工程实际意义。液伺服疲劳试验系统具有较低循环加载速率，可实现载荷、形变和位移控制，且可在试验过程中实现控制方式的动态转换。且加载频率范围大，其最小加载频率为0.00036Hz，如果实验系统的动态特性好，即配置较大的液压动力源和相匹配的伺服阀，其加载频率可达7OHz，甚至高达1000Hz(高频疲劳试验机)。工程构件在服役期间其受力多是多轴向复合应力，因此研究

21、和开发多轴复合加载试验系统对于工程材料的评价与检测更为实用。图17为双向拉压疲劳试验系统，对于研究压力容器材料实际工程意义。 (卧式)水平放置的轴类构件拉一扭复合加载专用疲劳试验机。北京科技大学从美国MTS公司购置的最先进的电液伺服拉一扭复合加载疲劳试验系统。该系统在配置真空环境装置、感应加热器的条件下可以进行多轴热机械疲劳试验，以模拟热端零部件特别是飞机发动机涡轮盘和叶片材料的工作环境和受力状态，为工程设计和飞机的使用寿命估算提供更为可靠的实验数据。3.3断裂力学测试技术任何工程构件都不可避免地存在着类似于裂纹的缺陷他们或是结构材料中固有的，或是制造加工过程中造成的，也可能是使用过程中造成的

22、损伤。这些缺陷的存在和扩展，大大降低了结构的承载能力，甚至使之失效。例如，在第二次大战期间，美国制造的约5000艘货轮和油轮，至少13艘油轮和3艘“自由号”货轮由于船体结构上的裂纹扩展而断为两半;还有1/3以上的货轮在服役3年内都在结构中产生裂纹，其中200艘以上损伤严重。对以上断裂的船体进行的强度分析表明，它们破坏时所承受的应力远小于船体材料的屈服应力。进一步研究结果表明，由于船体采用焊接结构，在焊接附近存在着缺陷和残余应力，使结构中的缺陷(裂纹)扩展而最终导致低应力脆断。另外，在航空工业中飞机的机翼大梁在飞行中突然断裂;火箭发动机外壳在水压试验时爆炸飞裂;大型发电机转子、汽轮机叶轮在高速转

23、动时突然脆断等等，这些灾难性的工程断裂事故近几十年来在世界各地相继发生，而且遍及在工业、交通、军事等要害部门。因此，断裂事故引起了人们的广泛重视。近几十年来，许多科学家和工程技术人员在这方面进行了大量的研究和试验工作，无论在理论上，还是在实践上都获得了巨大的成果，开创了断裂力学学科。与此同时，断裂力学测试技术也在不断革新和发展。对于材料的疲劳特性测试技术来说，断裂性能测试与评价是一门较新的试验技术，由于受数值计算计算数学及其他相关学科的制约，到目前为止成熟的断裂性能测试技术仅限于对I型裂纹体性能测试，所测得材料常数为Kl。、Jlc、COD和Kld等，以及材料的裂纹扩展规律。对于I型裂纹体，其断

24、裂性能的测试对测试设备精度要求与疲劳测试无明显差别，但对试样和夹具的加工要求极为严格，试样的各方向的尺寸有一定的比例，并要求夹具与其匹配，其目是利用现有的形状系数计算出被测材料的断裂韧性。值得注意的是，在线弹性断裂力学性能测试时，为了裂纹尖端满足平面应变的要求，无论是CT试样，还是三点弯曲试样均要求试样的厚度不能太小。例如，低碳钢材料由于其强度较低、断裂韧性KIC较高，使用CT试样测得其断裂韧性值时，需要试样的厚度达75Inln，试样的重量约Zlkg。如果对同样的材料采用三点弯曲试验测试其断裂韧性，试样则更大。这样就会给试样的制取、加工和测试带来很大的困难，有时试验无法进行。对于上述低强度、高

25、断裂韧性的材料，往往是弹塑性断裂测试技术，以J积分和COD作为材料的弹塑性判据，把临界值Jl。和6C作为弹塑性判据，然后换算为KIC4。c0D阻力曲线的测试按GB规定是采用多试样法，亦可采用单试样法进行圈。4现代材料测试技术4.1现代材料测试设备的特点随着对材料性能测试要求的不断更新，各种功能的材料试验设备不断出现。但不论测试设备动态测试系统，还是静态测试系统，无论是电子拉力还是电液伺服材料试验机，一般包括三个独立的子系统，即:机械动力系统(MeehaNIealandDynamicSystem):包括机架frame、试件夹持和固定装置gripsandfixtures、动力部分(如液压源hydr

26、auliCpowerSupply、伺服阀Servovalve、液压作动器hydraulieaCtuat。r);传感器系统(TransduCerSystem):载荷传感器(loadtransdueerCell)、引伸仪(extens。meter)和线性位移传感器LVDT(linearvoltagedifferentialtransdueer)、温度和压力传感器;控制、数据采集与分析系统(Control一DataAequisition一nalysisSystem)。4.2现代材料测试最新技术从目前种新型试验系统来看，材料试验最新发展的主要技术有以有四个方面:4.2.1液压伺服(Servohydra

27、ulie)技术从前述实验技术的发展来看，液压伺服技术是最具有特色的、适应性最广的技术。1960年美国MTS系统公司首先在材料试验系统引入液压伺服技术，其闭环控制原理如图26所示。电液伺服技术是当今高精度材料试验系统的主流技术，特别适用于复杂载荷(包括疲劳载荷)的材料性能测试与评价。与液压试验机和静态电子拉力测试系统相比，电液伺服技术有下特点:伺服技术(又称随机系统或跟踪系统)能自动校正指令信号同反馈信号之间的误差。结果使得执行机构能以一定的精度自动地按照指令信号的变化规律动作。先进的电子技术和液压技术结合，通过伺服阀将电信号变成液压信号，且可变范围大，试验频率范围为0.0003Hz一1000H

28、z。可以从直接与试件相藕合的传感器处测量和控制载荷、位移和应变，其灵敏度及精确度与传动机构施加压力的作用无关。4.2.2环境模拟(EnyironmentalSimulation)技术在上一章己经提及试验技术的重要发展方向是环境模拟。众所周知，许多工程零部件和构件的失效是由于环境和力学条件综合作用引起材料疲劳或断裂。事实上，环境的变化对材料性能的影响往往是很大的。现在环境模拟技术由于实际的需要已发展成为现代测试技术的重要方面。设计一个具有能模拟循环加载和工作环境的试验系统是比较复杂的。但为了工程需要各种环境模拟的试验装置不断出现，目前的环境模拟试验系统有高温、低温、湿度、盐雾等。2.2.1高、低

29、温试验技术高温加热装置目前有:电阻加热炉:装置的特点是具有均匀温度场，并且控温较为稳定，适合于高温疲劳、高温拉伸、高温疲劳/蠕变加互作用试验等，如图27所示;感应加热器:其特点是可实现温度场的快速变换，适合用于热疲劳和热机械疲劳试验，如图28所示;环境箱:具有较大的空间，使用于试样较大的高温断裂力学试验和构件试验，亦可进行低温和环境试验等，如图29所示美国MTs公司的高温断裂试验环境箱。为了节省研究经费，在国内经常有研究人员自行设计专用环境箱恻;远红外加热器:适用于非金属材料高温力学性能试验;直接通电加热法:适用于金属材料的热疲劳试验，最新研究结果表明亦可适用于复合材料高温力学性能试验19低温

30、试验装置有:中低温环境箱:试验温度范围是一70oC一200oC:低温罐:试验温度最低可达一1%;低温槽:适用于室温至一60的低温实验。真空试验技术真空环境箱一般是与高温环境相配合使用，其目的是为了防止试样在试验过程中被氧化。高温真空环境技术是目前环境技术中技术含量最高的测试技术，其造价非常高。典型的高温真空试验系统使用抽泵、低温吸入泵、离子泵和钦净化器来达到所要求的真空度，同时配置感应加热系统、高温夹头、高温引伸仪和高精度的载荷传感器等，整套设备制造难度大，因此其价格额较为昂贵。图30为配置感应加热系统的高温真空环境箱，其市场价格大约为35万美元。夹具夹具是连接试样

31、与试验机加载装置的重要附件。为了保证试验的重复性及其精度，要求夹具要稳固可靠、对中性好、操作方便。鉴于大多数试验机所配置夹具不可能适用于所有的实验或试样，因此设计与制作专用夹具使每个实验室经常进行的工作26，2，28。4.3现代材料测试技术发展的特点及趋势工业技术的革命和材料科学的飞速发展大大促进了测试技术的革新，而且其发展速度同其他相关科学技术一样呈现出非线性加速趋势。如前所述简单机械式试验装置到液压试验机发展用了200多年，而由液压机发展到电液伺服试验系统进用了不足50多年。在测试结果的显示技术方面，表盘显示在我国一直沿用到20世纪80年代，而由数码管数显转入到液晶数显仅用了不足十年。随着

32、科学技术的发展材料测试技术日新月异，从总的方面来看，目前材料测试技术发展的特点和趋势有以下四大特点:模块化:控制系统采用通用接口、积木式电子插件、可更换式附件;特种化:大型、多缸、卧式、立式等试验机，例如铁道科学院的最大载荷达Z0000kN材料试验系统，其位移行程)2m;小型化:生物力学(皮肤的张力)，显微力学，微力测试系统(棉花纤维张力Pmin0.01N);智能化:整机自动化、自动切换、自动控制、自动记录、自动处理数据、自动装夹样品等4.4国内外现状材料性能测试技术无论是在国内，还是在国际上均受到材料研究部门、材料科学工作者和工程技术人员的高度重视。究其根本原因是材料的应用遍及各行各业，材料

33、的力学性能是工程构件和设施稳定运行和安全的保证。可以说材料测试技术以形成了材料学科的一个重要分支。(1)材料试验机研制目前材料测试的高端技术是电液伺服材料试验系统的研制，例如低周疲劳试验系统和多轴热机械疲劳试验系统。目前主要是以国外的电液伺服技术为主导，著名的制造厂商有美国的MTS系统公司、美国的Instron公司、德国的ZwiCk公司、英国的Dateck公司和日本的岛津公司。尽管国外制造的电液伺服测试系统价格较高，一台普通的电液伺服材料试验机最基本配置少则10多万美元，如果配置高度技术附件整套设备价格高达100万美元。国内在电液伺服控制技术方面也进行了研究25，30，但是由于起步较晚，生产的

34、试验系统其性能和外观等质量无法与上述国外的先进设备相比，特别是控制单元、伺服器件、各种附件和高真空环境箱制造技术远远落后于国外。因此，目前国内大专院校、科研院所和大型企业使用的主要是美国MTS和工nstron的电液伺服设备。高频疲劳试验机方面，德国Zwick的AmslerHFP系列在国际上属主流产品，我国长春材料试验机研究所生产plg系列机型在国内属主流产品，其主要原因是经费问题。尽管德国的HFP系列的各种性能指标大大优于国产的高频试验机，但由于研究经费的短缺使得国内科研院所等机构不得不购置国产高频试验机。在静态测试系统方面，国内技术人员对控制方面作了较为深入的研究工作22，3，4，3。另一方

35、面，由于其技术含量低于伺服控制技术。因此，目前国内研制的静态电子拉伸试验机与国外著名厂商的设备相比其性能相差不大，完全可以满足国内科研工作和生产的需要。另一方面国外设备价格较高，其性能价格比低于国内产品。所以，在静态试验方面国内使用的大多是国产设备。目前国内生产静态材料试验机的厂家近百家，仅在上海浦东开发区就有华龙等五个材料试验机研制和生厂家。(2)实验室建设与测试技术在实验室建设与测试技术方面，由于受经费的限制国内无论是在实验室建设、试验设备投资，还是在材料性能研究方面均落后于西方发达国家。例如，北京航空材料研究院是我国第一家购置美国最先进的电液伺服材料试验机的研究院所，目前是我国拥有材料试

36、验设备最多、规格最齐全的材料试验与研究基地，涵盖航空材料的各个领域。该所的MTS设备多达10台套，多数是高端设备。但与美国的NASA相比还有一定的差距。在专院校，北京科技大学拥有MTS电液伺服材料试验机3台套、德国Zwick高频疲劳试验机、英国Dateck电液伺服试验机和纳米力学探针，研究与测试技术人员具有较高的素质，无论是测试设备还是测试技术在国内均具有较高的知名度。如果与美国的工ilin。15大学相比也有一定的差距。造成上述现象的原因是多方面的，在此仅指出一点就是:我国仅重视对大型设备的一次性投入，而忽视了对大型精密仪器的维护与更新，设备投资一次到位，没有维护、维修和运行费，更谈不上设备更

37、新费，结果导致设备失修、老化。另一方面，对测试设备的管理和对测试技术人员重视程度不够。试验技术与测试设备的落后将会严重影响材料科学技术的发展。为什么国内的研究学术水平与国外相比并不逊色，而钢铁产品的质量远不及国外发达国家，一些高附加值产品如汽车用板、船舶用板等需要大量进口?究其主要原因有两个:是工艺技术落后，另一个是材料检测与评价技术不受重视。因此，注重测试技术与测试设备的研制是材料学科发展的基础工作。5结论工业技术和材料科学发展，使得材料测试与评价技术不断更新，新的测试设备不断出现，测试技术不提高。电液伺服技术和计算机技术结合可以实现以前人工操作不可能完成的各种复杂试验，把现代材料试验推进到

38、一个新的水平，是当今最先进的实验技术。为了更真实的反映构件在实际工作的状态，材料试验技术已更多的采用环境模拟试验技术，材料环境试验技术为工程零部件的设计和寿命预测提供了可靠的实验条件和数据。现代材料试验技术正在朝着模块化、特种化、小型化和智能化发展。我国材料测试与评价技术在动态方面与西方发达国家相比差距较大，在静态试验领域国内技术与西方发达技术差距不大。随着计算机的广泛应用，利用计算机建立的大型材料性能数据库可以直接给出各种材料的性能，也可以利用计算机用有限单元法和其他计算方法来分析整体(或零部件)构件的应力、应变场，但材料试验是获得材料性能唯一可靠的途径，它们都不能完全代替材料试验。可以肯定，在过去、现在，乃至在将来材料试验在材料科学科中一定占有重要的地位。参考文献【l】张武城，涂思柏，张乃蕴.我国铸造质量控制与测试技术发展的回顾与展望.铸造.2002.8【2】卡尔德拉，王怀宇铬对低碳低合金高强度钢的显微组织及机械性能的影响.宽厚板.1997.4【3】Y.Sakai.MeehaniealPropertiesofUltrafinGrainedSteelsConsolidatedatdifferentTemPerature.ProeeedingsofInternationalSymposiumonUltrafineGrainedSt